CN103835979A - 一种非接触式的风扇模态测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种非接触式的风扇模态测试装置及方法，装置包括风扇台架、风扇固定装置、信号发生器、功率放大器、激光测振仪、计算机等。测试方式是：将被测风扇自由悬挂于风扇台架上，用信号发生器作驱动源，用功放将驱动信号能量放大，驱动马达；布置激光测振仪，以风扇马达安装点为振动信号参考点，并完成测振仪的相关设置；调节信号发生器发出随机白噪声信号，不断增大功放增益，直至手触摸到风扇本体能感受到振动为止；启动激光测振仪，以随机扫描的方式测试风扇叶片、护风板的振动；对测得的各点振动结合参考点计算传递函数，将多条传递函数拟合成总的传递函数，并在总的传递函数上，识别各频率峰值点对应的模态振型。本发明能保证测试结果的准确性，可以提高风扇性能。

Description

一种非接触式的风扇模态测试系统及方法

技术领域

本发明设置振动噪声测试技术，特别涉及到以非接触式的模态测试振动噪声的方法。

背景技术

汽车用风扇是车辆的重要声、振源之一，由于其产生的振动噪声在激励与其固有模态耦合时，会放大产生较大能量的激励，进而影响车内驾乘人员的感受。

传统的模态测试方法需要给予系统一定的能量输入，但由于风扇是薄壁件，容易导致塑性形变，而无法测得正确的测试结果。

同时，传统的模态测试方法中，使用的振动传感器有一定的重量而风扇叶片和护风板的本体重量较小，振动传感器通过粘接的方式布置在风扇叶片或护风板上时，其附加的重量对风扇模态的影响较大，使得测出的模态与实际模态偏差较大。

因此，在风扇模态测试时，需要使用系统内部激励作能量输入源，用非接触式的测试方法可以消除传感器附加重量的影响。

由于供应商也很需要精确地得出风扇的模态频率，尤其是在风扇设计初期，供应商通过设计风扇的结构，使得风扇的固有模态频率可以有效地避开风扇正常工作转速范围之内，从而避免风扇的激励频率与风扇的模态频率耦合，产生共振。

因此，解决风扇模态测试精度的问题可以提高风扇性能，增加汽车驾乘舒适性。

发明内容

本发明的目的是提出一种非接触式的风扇模态测试系统及方法，以消除传统的采用振动传感器通过粘接的方式布置在风扇叶片或护风板上时，其附加的重量对风扇模态的影响较大，测出的模态与实际模态偏差较大这样一个缺陷，保证测试结果的准确性，从而提高风扇的性能，保证产品的质量。

本发明的技术方案如下：

一种非接触式的风扇模态测试系统，其包括风扇台架、弹性固定绳、信号发生器、功率放大器、激光测振仪和计算机；所述弹性固定绳用于将风扇自由悬挂于风扇台架上，所述信号发生器作为驱动源，通过信号线连接功率放大器，功率放大器将驱动信号进行能量放大，并通过导线连接风扇马达的正负极两端，直接驱动风扇马达，功率放大器还通过信号连接线连接计算机，将信号传递给计算机，所述激光测振仪通过信号连接线连接计算机，将检测信号传递给计算机，所述计算机内置风扇模态测试软件，对功率放大器和激光测振仪传递来的信号进行分析、计算并获得测试结果。

所述激光测振仪是激光多普勒测振仪，可排除采用振动传感器增加附加质量而带来的测试误差，其它优点在于可获取振动频域,时域上的完整信号，精度高,动态范围大,适用对象广,抗干扰能力强。

采用以上系统对风扇模态进行测试的方法如下：

第一步，将风扇用弹性固定绳自由悬挂于风扇台架上，防止风扇产生的振动通过风扇的固定装置传递到风扇台架上，引起风扇台架振动，产生干扰；

第二步，用信号发生器作驱动源，用功率放大器将信号发生器的驱动信号放大，并将功率放大器接出的放大后能量，以导线传递至风扇马达正负极两端，直接驱动马达；

第三步，布置激光测振仪，以风扇马达安装点为振动信号参考点，调整激光测振仪的激光角度和位置（共两个激光点），其中一个激光点打在风扇的马达安装点位置，另一个打在扇叶上，同时保证激光方向和风扇的振动方向一致；

第四步，调节信号发生器发出随机白噪声信号，并不断增大功率放大器的增益，直至手触摸到风扇本体能感受到振动为止；

第五步，启动激光测振仪，以随机扫描的方式测试风扇叶片、护风板的振动；

第六步，通过计算机利用风扇模态测试软件对测得的各点振动，结合参考点计算传递函数，并将多条传递函数拟合成总的传递函数。

第七步，在总传递函数上，识别各频率峰值点对应的模态振型，即得到测试结果。

   本发明和现有技术相比具有以下优点：首先，风扇的安装及其测试均很规范，保证了测试结果的一致性；其次，风扇上不需附加任何传感器之类的附件，保证了测试结果的准确性；最后，采用激光多普勒测振仪能获取振动频域、时域上的完整信号，具有精度高、动态范围大、适用对象广、抗干扰能力强的特点。

附图说明

图1 非接触式的风扇模态测试示意图；

图2 某风扇模态测试拟合后的总传递函数及其对应振型。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图本对本发明作进一步详细描述。

参见图1，非接触式风扇模态测试系统由风扇台架2、弹性固定绳3、信号发生器6、功率放大器7、激光测振仪13、计算机10等构成。弹性固定绳3采用橡皮筋3。风扇台架2由上横梁4、下横梁5及其支撑部件构成。弹性固定绳3在风扇1上有四个连接点，分别位于风扇的上端和下端的靠近两侧的位置。可以将风扇自由悬挂于风扇台架的上横梁4和下横梁5之间。信号发生器6是驱动源，其通过信号线连接功率放大器7，功率放大器通过导线8连接风扇马达的正负极端接口9，功率放大器7还通过信号连接线11连接计算机10，激光测振仪13 安装在三脚架12上，通过信号连接线11连接计算机，计算机内置有风扇模态测试软件。

检测过程：

首先，将风扇1的四个角用弹性橡皮筋悬挂在风扇台架2上，确保风扇可自由晃动。此橡皮筋足够长，将橡皮筋的一端绑在风扇上，另一端绑在风扇的上下横梁上，多余的部分在横梁上多缠绕几圈即可，如果风扇尺寸较小，可将风扇至上下横梁部分的橡皮筋留得多一些，向横梁上缠绕得少一些；由于在实车上风扇是四个角固定，故在单体台架上也是以风扇的四个角为连接点进行悬挂的，以模拟风扇的实际安装状态。

进一步，用信号发生器6作驱动源，用功率放大器7将信号发生器的驱动信号能量放大，并将功率放大器7接出的放大后能量，以导线8连接至风扇马达正负极两端接口9处，直接驱动马达。

进一步，布置激光测振仪13，将激光测振仪固定在三脚架12上，同时将激光头正对风扇，保证激光方向和振动方向一致。

进一步，将激光测振仪通过信号连接线11与计算机10相连，在计算机10上利用风扇模态测试软件先确定一个平面，在此平面上画出风扇的模型，然后通过调整激光头13的角度和位置，使得其中一个激光点垂直打在风扇的马达安装点位置，另一个激光点打在扇叶上，并保证激光方向和风扇的振动方向一致；接着通过调整激光头13与风扇1之间的距离，使视频窗口显示的激光点（通过数码照相机拍摄将信息传给软件得到）半径均为为0.5mm，此时在视频窗口显示的垂直打在风扇马达安装点位置的激光点即为参考点，另一个打在扇叶上的激光点即为扫描激光点。

进一步，调节信号发生器6发出随机白噪声信号，不断增大功率放大器7增益，直至手触摸到风扇1本体能感受到振动为止。

进一步，启动激光测振仪13，激光头打出两个激光点，其中一个打在风扇的马达安装点位置作为参考点，另一个点以随机扫描的方式测试风扇（主要指风扇叶片和护风板）的振动，如果某些风扇叶片的振动点没有扫到，系统会自动识别未扫到的点信号，重新再扫，直到全部扫到为止。

    进一步，利用风扇模态测试软件对测得的各点振动结合参考点计算传递函数，并将多条传递函数拟合成总的传递函数。

进一步，在总传递函数上，识别各频率峰值点（如图2所示，峰值14，15，16，17处分别对应某个模态频率）对应的模态振型（如图2显示出扇叶18相对风扇马达安装点位置19振动量的大小）。

Claims (6)

1.一种非接触式的风扇模态测试系统，其特征在于：包括风扇台架（2）、弹性固定绳（3）、信号发生器（6）、功率放大器(7)、激光测振仪(13)和计算机(10)；所述弹性固定绳（3）用于将风扇自由悬挂于风扇台架（2）上，所述信号发生器（6）作为驱动源，通过信号线连接功率放大器(7)，功率放大器(7)将驱动信号进行能量放大，并通过导线（8）连接风扇马达的正负极两端，直接驱动风扇马达，功率放大器(7)还通过信号连接线(11)连接计算机(10)，将信号传递给计算机，所述激光测振仪(13)通过信号连接线(11)连接计算机，将检测信号传递给计算机，所述计算机对功率放大器(7)和激光测振仪(13)传递来的信号进行分析、计算并获得测试结果。

2.根据权利要求1所述的非接触式的风扇模态测试系统，其特征在于：所述激光测振仪(13)是激光多普勒测振仪。

3.利用权利要求1所述的非接触式的风扇模态测试系统进行测试的方法，所述方法包括以下步骤： 

第一步，将风扇用弹性固定绳（3）自由悬挂于风扇台架上；

第二步，用信号发生器作驱动源，用功率放大器(7)将信号发生器的驱动信号放大，并将功率放大器(7)接出的放大后能量，以导线传递至风扇马达正负极两端，直接驱动马达；

第三步，布置激光测振仪，以风扇马达安装点为振动信号参考点，调整激光测振仪的激光角度和位置，共两个激光点，其中一个激光点打在风扇的马达安装点位置，另一个打在扇叶上，同时保证激光方向和风扇的振动方向一致；

第四步，调节信号发生器发出随机白噪声信号，并不断增大功率放大器的增益，直至手触摸到风扇本体能感受到振动为止；

第五步，启动激光测振仪，以随机扫描的方式测试风扇叶片、护风板的振动；

第六步，通过计算机利用风扇模态测试软件对测得的各点振动，结合参考点计算传递函数，并将多条传递函数拟合成总的传递函数，

第七步，在总传递函数上，识别各频率峰值点对应的模态振型，即得到测试结果。

4.根据权利要求3所述的非接触式的风扇模态测试方法，其特征是：先在计算机(10)上利用风扇模态测试软件先确定一个平面，在此平面上画出风扇的模型，然后通过调整激光头(13)的角度和位置，使得其中一个激光点垂直打在风扇的马达安装点位置，另一个激光点打在扇叶上，并保证激光方向和风扇的振动方向一致；接着通过调整激光头(13)与风扇（1）之间的距离，使视频窗口显示的激光点半径均为0.5mm，此时在视频窗口显示的垂直打在风扇马达安装点位置的激光点即为参考点，另一个打在扇叶上的激光点即为扫描激光点。

5.根据权利要求3或4所述的非接触式的风扇模态测试方法，其特征是：所述弹性固定绳（3）在风扇上有四个连接点，模拟实车的实际安装状态，分别位于风扇的上端和下端的靠近两侧的位置。

6.根据权利要求3或4所述的非接触式的风扇模态测试方法，其特征是：所述激光测振仪(13)是激光多普勒测振仪。

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